DE4021944C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Reflexionsfaktor-Meßbrücke laut Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a reflection factor measuring bridge according to the preamble of the main claim.
Reflexionsfaktor-Meßbrücken dieser Art sind bekannt (z. B. Meßbrücke ZRB2 der Firma Rohde & Schwarz). Bei Meßbrücken dieser Art wird sowohl die Hochfrequenz-Sig nalquelle als auch das Meßobjekt über koaxiale Anschluß buchsen angeschlossen. Bei manchen Meßobjekten ist während des Meßvorgangs gleichzeitig auch eine Gleichstromspeisung der im Meßobjekt eingebauten Bauelemente wie Transistoren oder Dioden über die koaxiale Anschlußstelle nötig. Es ist bekannt, hierfür einen speziellen Koaxialadapter zwischen Meßobjekt und Meßbrücke anzubringen. Es ist auch bekannt, den Gleichstrom über einen der Brücken widerstände zuzuführen und zu diesem Zweck die Hochfre quenz-Signalquelle über einen Transformator mit der Brückendiagonale zu verbinden (US 32 27 953). Diesen bekannten Maßnahmen ist der Nachteil gemeinsam, daß hierdurch die Symmetrie der Brücke beeinträchtigt wird und damit deren Eigenschaften verschlechtert werden.Reflection factor measuring bridges of this type are known (e.g. measuring bridge ZRB2 from Rohde & Schwarz). At Measuring bridges of this type will both the high-frequency Sig source as well as the test object via coaxial connection sockets connected. With some measuring objects is during a DC power supply during the measurement process the built-in components such as transistors or diodes via the coaxial connection point. It is known for this a special coaxial adapter to be placed between the test object and the measuring bridge. It is also known to direct current across one of the bridges supply resistance and for this purpose the Hochfre quenz signal source via a transformer with the Bridge diagonal to connect (US 32 27 953). This one known measures, the disadvantage is that this affects the symmetry of the bridge and thus their properties are deteriorated.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung zum Zuführen einer Gleichspannung zu einem über eine Koaxialleitung an eine Reflexionsfaktor-Meßbrücke angeschlossenen Meß objekt zu schaffen, durch welche die Brückeneigenschaften nicht verschlechtert werden. It is an object of the invention to provide a circuit for feeding a DC voltage to one over a coaxial line measurement connected to a reflection factor measuring bridge to create object through which the bridge properties not get worse.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Reflexionsfak tor-Meßbrücke laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is based on a reflection faculty Tor measuring bridge according to the preamble of the main claim its characteristic features solved. Beneficial Further training results from the subclaims.
Durch die erfindungsgemäße Kompensationsmaßnahme am Symmetrierübertrager der Meßbrücke wird erreicht, daß der von außen zugeführte Gleichstrom sowohl durch die Kompensationswicklung als auch im entgegengesetzten Sinne über die Hauptwicklung des durch das Leitungsstück ge bildeten Symmetrierübertragerzweiges fließt, in dem zugehörigen Ferritkern also zwei Magnetflüsse von gleichem Betrag jedoch von unterschiedlicher Richtung erzeugt werden, die sich gegenseitig aufheben. Damit wird eine magnetische Sättigung des Ferritkernes auch bei hohen Gleichströmen vermieden, die Symmetrie der Brücke und auch deren Direktivität und Anpassung werden nicht ver schlechtert. Damit ist es erstmals möglich, ohne Ver schlechterung der Brückeneigenschaften über die Meßbrücke Bauelemente im Meßobjekt mit Gleichstrom zu speisen. Da bei der erfindungsgemäßen Art der Gleichstromzufuhr die Brückensymmetrie nicht gestört wird, eignet sich diese Speiseart auch für Meßbrücken, die in einem großen Frequenzbereich bis 5 GHz oder mehr einsetzbar sind.Due to the compensation measure according to the invention on Symmetry transformer of the measuring bridge is achieved that the direct current supplied from both through the Compensation winding as well as in the opposite sense about the main winding of the ge through the line piece formed balun flows, in which associated ferrite core so two magnetic fluxes of the same However, amount generated from different directions that cancel each other out. So that becomes a magnetic saturation of the ferrite core even at high Avoided direct currents, the symmetry of the bridge and their directivity and customization are also not avoided worsened. This makes it possible for the first time without ver deterioration of the bridge properties over the measuring bridge To feed components in the test object with direct current. Since with the type of direct current supply according to the invention the bridge symmetry is not disturbed, is suitable this type of feed also for measuring bridges in a large Frequency range up to 5 GHz or more can be used.
Für die Ausbildung der Kompensationswicklung gibt es laut Unteransprüchen verschiedene Möglichkeiten. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Anbringung einer zweiten Kompensationswicklung auf dem Ferritkern des anderen durch das Koaxialkabel gebildeten Symmetrierübertra ger-Zweiges, die zwar nicht zur Gleichspannungszufuhr dient, sondern nur aus hochfrequenzmäßigen Symmetrie gründen vorgesehen ist, eine solche Anordnung besitzt den Vorteil, daß die Symmetrie der Brücke frequenzunab hängig auch bei Zufuhr hoher Gleichströme weitgehendst unbeeinflußt bleibt.There is for the formation of the compensation winding according to subclaims different options. Especially The attachment of a second is advantageous here Compensation winding on the ferrite core of the other symmetry transmission formed by the coaxial cable ger branch, although not for DC voltage supply serves, but only from high-frequency symmetry is provided, has such an arrangement the advantage that the symmetry of the bridge is frequency independent depending largely on the supply of high direct currents remains unaffected.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will now be described more schematically Drawings explained in more detail using exemplary embodiments.
Die Fig. 1 zeigt den Prinzipaufbau einer Reflexionsfak tor-Meßbrücke, der Hochfrequenz-Eingang 1 ist über eine Koaxial-Anschlußbuchse mit einem nicht dargestellten Hochfrequenzgenerator verbunden, über die beiden Brücken zweige R1, R2 werden die beiden Anschlußpunkte 2 und 3 der Brückendiagonale gespeist, das Meßobjekt 4 wird über eine Koaxialanschlußbuchse 5 zwischen dem Anschluß punkt 2 und Masse als dritter Brückenzweig angeschlossen, der Präzisionswiderstand Z0 ist zwischen dem Anschlußpunkt 3 und Masse als vierter Brückenzweig angeschlossen. Der Indikator 6 steht über ein Koaxialkabel 7 mit den An schlußpunkten 2 und 3 der Brückendiagonale in Verbindung und zwar ist der Innenleiter 8 dieses Kabels 7 mit dem Anschlußpunkt 2 und der Außenleiter 9 mit dem Anschluß punkt 3 verbunden. Das untere Ende des Außenleiters 9 des Koaxialkabels 7 liegt an Masse 10 (Gehäuse der Meß brücke). Fig. 1 shows the basic structure of a Reflexionsfak tor measuring bridge, the high-frequency input 1 is connected via a coaxial socket to a high-frequency generator, not shown, via the two bridges branches R 1 , R 2 , the two connection points 2 and 3 of the bridge diagonal fed, the device under test 4 is connected via a coaxial connector 5 between the connection point 2 and ground as the third bridge branch, the precision resistor Z 0 is connected between the connection point 3 and ground as the fourth bridge branch. The indicator 6 is connected via a coaxial cable 7 to the connection points 2 and 3 of the bridge diagonal in connection with the inner conductor 8 of this cable 7 being connected to the connection point 2 and the outer conductor 9 being connected to the connection point 3 . The lower end of the outer conductor 9 of the coaxial cable 7 is connected to ground 10 (housing of the measuring bridge).
Um einen hochfrequenzmäßigen Masseschluß des Anschluß punktes 3 der Brückendiagonale über den Außenleiter 9 des Koaxialkabels 7 zu verhindern, sind auf dem Außen leiter 9 Ferritkerne 11 und 12 aufgesetzt. Diese Ferrit kerne 11 und 12 bestimmen die untere Grenzfrequenz der Meßbrücke. Um eine große Bandbreite zu erzielen sind zwei unterschiedliche Ferritkerne 11 und 12 vorgesehen, auf welchen das Koaxialkabel 7 jeweils mit unterschied licher Windungszahl (N1 und N2) aufgewickelt ist. Zur Wiederherstellung der Symmetrie der Brücke ist parallel zu diesem mit Ferritkernen bestückten Koaxialkabel 7 ein zusätzliches Leitungsstück 13 angeordnet, das mit einem Ende wieder am Anschlußpunkt 2 der Brückendiagonale angeschlossen ist und mit dem anderen Ende 18 HF-mäßig über einen Kondensator C3 an Masse 10 liegt. Auch auf diesem Leitungsstück 13 sind wieder zwei Ferritkerne 14 und 15 aufgesetzt, das Leitungsstück 13 ist wieder mit unterschiedlichen Windungszahlen (N1 und N2) auf den unterschiedlich großen Ferritkernen 14 und 15 auf gewickelt. Das Koaxialkabel 9 mit den aufgesetzten Ferritkernen und das Leitungsstück 13 mit den ebenfalls aufgesetzten Ferritkernen bilden einen Symmetrierüber trager, die beiden Übertragerhälften sollen möglichst spiegelsymmetrisch aufgebaut sein.In order to prevent a high-frequency ground fault of the connection point 3 of the bridge diagonal across the outer conductor 9 of the coaxial cable 7 , 9 ferrite cores 11 and 12 are placed on the outer conductor. These ferrite cores 11 and 12 determine the lower limit frequency of the measuring bridge. In order to achieve a large bandwidth, two different ferrite cores 11 and 12 are provided, on which the coaxial cable 7 is wound in each case with a different number of turns (N 1 and N 2 ). To restore the symmetry of the bridge, an additional line piece 13 is arranged parallel to this coaxial cable 7 equipped with ferrite cores, which is connected at one end again to the connection point 2 of the bridge diagonal and at the other end 18 HF-wise via a capacitor C 3 to ground 10 lies. Two ferrite cores 14 and 15 are again placed on this line piece 13 , the line piece 13 is again wound with different numbers of turns (N 1 and N 2 ) on the differently sized ferrite cores 14 and 15 . The coaxial cable 9 with the attached ferrite cores and the line piece 13 with the also attached ferrite cores form a symmetrizing transmitter, the two transmitter halves should be constructed as mirror-symmetrical as possible.
Zur gleichstrommäßigen Trennung des Meßeinganges 5 sind die Kondensatoren C1, C3 und C4 vorgesehen, der Konden sator C2 ist aus Symmetriegründen vorgesehen.For DC separation of the measurement input 5 , the capacitors C 1 , C 3 and C 4 are provided, the capacitor C 2 is provided for reasons of symmetry.
Zur Speisung von aktiven Bauelementen im Meßobjekt 4 mit Gleichstrom über dessen Innenleiterzuführung 16 wird aus einer Gleichspannungsquelle über den Anschluß 17 die für das Meßobjekt 4 gewünschte Gleichspannung dem Anschlußpunkt 18 zugeführt, das hochfrequenzmäßig über den Kondensator C3 an Masse liegt. Um eine magnetische Sättigung des Ferritringes 15 bei größeren Gleichströmen und eine damit verbundene Verschlechterung der Symmetrie der Brücke zu vermeiden erfolgt die Zufuhr des Gleich stromes zum Anschlußpunkt 18 über eine Kompensationswick lung, die zusätzlich zum Leitungsstück 13 auf dem Ferrit ring 15 aufgewickelt ist und zwar vorzugsweise mit der gleichen Windungszahl N2.For powering of active components in the measuring object 4 with direct current on the inner conductor feed 16 the desired for the measurement object 4 DC voltage terminal 18 is supplied from a DC voltage source via the terminal 17, which is for high frequency through the capacitor C 3 is grounded. In order to avoid magnetic saturation of the ferrite ring 15 in the case of larger direct currents and an associated deterioration in the symmetry of the bridge, the supply of the direct current to the connection point 18 takes place via a compensation winding, which is wound on the ferrite ring 15 in addition to the line piece 13 , preferably with the same number of turns N 2 .
Fig. 1 zeigt eine erste Möglichkeit für die Ausbildung dieser zusätzlichen Kompensationswicklung auf dem Ferrit ring 15. Sie wird in diesem Ausführungsbeispiel durch den Innenleiter 26 eines Koaxialkabelstückes 25 gebildet, dessen Außenleiter die Fortsetzung des Leitungsstückes 13 bildet, in diesem Ausführungsbeispiel wird also die Wicklung 25 des Leitungsstückes 13 auf dem Ferritring 15 durch ein kurzes Koaxialleitungsstück 25 gebildet. An dem hochfrequenzmäßig an Masse liegenden Ende 18 des Leitungsstückes 13 ist der Innenleiter 26 galvanisch mit dem Außenleiter 27 dieses Koaxialleitungsstückes verbunden, diese Verbindungsstelle liegt über den Konden sator C3 hochfrequenzmäßig wieder an Masse. Das gegen überliegende Ende 21 des Innenleiters 26 ist über eine Hochfrequenzdrossel 22 und ein Tiefpaßfilter 23 mit dem Eingangsanschluß 17 für die Gleichspannung verbunden. Die Hochfrequenzdrossel 22 trennt dabei den Anschlußpunkt der Kompensationswicklung hochfrequenzmäßig vom Gleich spannungseingang 17. Der Speisegleichstrom für das Meß objekt 4 fließt also durch den Innenleiter 26 zum hoch frequenzmäßig an Masse liegenden Ende 18, von dort im entgegengesetzten Sinne durch den Außenleiter 27 und das daran anschließende Leitungsstück 13 zum Brückenan schluß 2 und von dort über den Innenleiter 16 ins Meßob jekt 4. Fig. 1 shows a first possibility for the formation of this additional compensation winding on the ferrite ring 15th In this exemplary embodiment, it is formed by the inner conductor 26 of a coaxial cable piece 25 , the outer conductor of which forms the continuation of the line piece 13 , so in this exemplary embodiment the winding 25 of the line piece 13 on the ferrite ring 15 is formed by a short coaxial line piece 25 . At the high-frequency end of ground 18 of the line piece 13 , the inner conductor 26 is galvanically connected to the outer conductor 27 of this coaxial line piece, this connection point is via the capacitor C 3 high-frequency back to ground. The opposite end 21 of the inner conductor 26 is connected via a high-frequency choke 22 and a low-pass filter 23 to the input terminal 17 for the DC voltage. The high-frequency choke 22 separates the connection point of the compensation winding high frequency from the DC voltage input 17th The DC supply current for the measuring object 4 thus flows through the inner conductor 26 to the high-frequency ground 18 , from there in the opposite sense through the outer conductor 27 and the adjoining line piece 13 to the bridge connection 2 and from there via the inner conductor 16 into the measuring ob ject 4 .
Fig. 2 zeigt eine breitbandigere Ausführungsform der Kompensationswicklung für den Speisegleichstrom. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Kompensationswicklung durch eine zusätzliche Drahtwicklung 19 auf dem Ferritkern 15 gebildet, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit entgegengesetztem Wickelsinn wie die Wicklung 15 aufgebracht ist. Damit werden bei gleicher Stromrichtung durch die Wicklungen 19 und 25 entgegengesetzte Magnet felder im Ferritkern 15 erzeugt, die sich gegenseitig aufheben. Die Wicklung 19 könnte auch im gleichen Wickel sinn wie die Wicklung 25 aufgebracht sein, wenn dafür gesorgt ist, daß in dieser Wicklung 19 die Stromrichtung entgegengesetzt ist wie die in der Wicklung 25. Auch hier ist die Windungszahl der Wicklung 19 vorzugsweise gleich der Windungszahl der Wicklung 25 gewählt. Das obere Ende 21 der Drahtwicklung 19 ist mit der Hochfre quenzdrossel 22 verbunden, ihr anderes Ende ist mit dem Masseanschluß 18 verbunden. Aus Symmetriegründen ist auf dem Ferritring 12 des Koaxialkabels 7 der anderen Übertragerhälfte eine gleichartige Kompensationswicklung 20 aufgebracht und zwar mit gleicher Windungszahl wie die Wicklung 19, der Wickelsinn ist je nach Stromrichtung wiederum entweder gleich oder entgegengesetzt zum Wickel sinn des Koaxialkabels 7. Das obere Ende 29 dieser Kom pensationswicklung 20 ist mit dem Ende 21 der anderen Kompensationswicklung 19 mit der Hochfrequenzdrossel 22 verbunden, das untere Ende 28 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über einen Widerstand 24 mit dem Anschluß 18 verbunden. Der über die Drossel 22 zugeführte Gleichstrom fließt also im wesentlichen durch die Kompen sationswicklung 19 zum Anschlußpunkt 18, von dort im entgegengesetzten Sinne durch die Wicklung 25 und das Leitungsstück 13 wieder zum Brückenanschluß 2. Wegen des Widerstandes 24 fließt in der zweiten Kompensations wicklung 20 nur ein relativ geringer Strom, gleichstrom mäßig fließt also der größte Stromanteil direkt zum Anschlußpunkt 18, hochfrequenzmäßig sind jedoch beide Übertragerzweige symmetrisch mit gleichartigen Kompensa tionswicklungen 19 und 20 belastet. Anstelle des Wider standes 24 könnte das Ende 28 der Kompensationswicklung 20 auch hochfrequenzmäßig beispielsweise über einen Kondensator unmittelbar mit dem Masseanschluß 10 verbunden werden, so daß durch die Wicklung 20 überhaupt kein Gleichstrom mehr fließt, die Wicklung 20 also nur ihre hochfrequenzmäßigen Symmetrieaufgaben erfüllt. Fig. 2 shows a broadband embodiment of the compensation winding for the supply direct current. In this exemplary embodiment, the compensation winding is formed by an additional wire winding 19 on the ferrite core 15 , which in the exemplary embodiment shown is applied with the opposite winding direction as the winding 15 . Thus, opposite magnetic fields are generated in the ferrite core 15 at the same current direction through the windings 19 and 25 , which cancel each other. The winding 19 could also be applied in the same winding sense as the winding 25 if it is ensured that the current direction in this winding 19 is opposite to that in the winding 25 . Here, too, the number of turns of winding 19 is preferably selected to be equal to the number of turns of winding 25 . The upper end 21 of the wire winding 19 is connected to the Hochfre frequency inductor 22 , the other end is connected to the ground terminal 18 . For reasons of symmetry, a similar compensation winding 20 is applied to the ferrite ring 12 of the coaxial cable 7 of the other transformer half, with the same number of turns as the winding 19 , the winding direction is again either the same or opposite to the winding sense of the coaxial cable 7 , depending on the direction of current. The upper end 29 of this Kom compensation winding 20 is connected to the end 21 of the other compensation winding 19 with the high-frequency choke 22 , the lower end 28 is connected in the embodiment shown via a resistor 24 to the terminal 18 . The DC current supplied via the inductor 22 thus essentially flows through the compensation winding 19 to the connection point 18 , from there in the opposite sense through the winding 25 and the line piece 13 back to the bridge connection 2 . Because of the resistor 24 flows in the second compensation winding 20 only a relatively small current, so direct current moderately, the largest current component flows directly to the connection point 18 , but in terms of high frequency, both transformer branches are symmetrically loaded with similar compensation windings 19 and 20 . Instead of opposing 24 , the end 28 of the compensation winding 20 could also be connected in high frequency, for example via a capacitor, directly to the ground terminal 10 , so that no direct current flows through the winding 20 at all, so the winding 20 only fulfills its high-frequency symmetry tasks.
Die zusätzliche Kompensationswicklung 20 müßte nicht einmal mit dem Anschlußpunkt 21 der Kompensationswicklung 19 elektrisch verbunden sein, sie könnte mit ihrem unteren Ende 28 beispielsweise unmittelbar galvanisch an Masse 10 liegen und mit ihrem oberen freien Ende 29 über eine aus Symmetriegründen vorgesehene zusätzliche Hochfre quenzdrossel, die der Drossel 22 entspricht, und einem Kondensator hochfrequenzmäßig an Masse liegen, auch in diesem Fall erfüllt sie hochfrequenzmäßig ihre Symme trieraufgabe, ohne selbst vom Speisegleichstrom durch flossen zu sein. In den dargestellten Ausführungsbei spielen ist nur der größere Ferritkern 15 (bzw. der Ferritkern 12) mit einer entsprechenden Kompensations wicklung 19 bzw. 26 (bzw. 20) versehen, wenn jedoch je Symmetrierübertragerhälfte zwei oder mehr solche Ferrit ringe vorgesehen sind, wie dies in dem Ausführungsbeispiel dargestellt ist, können bei Bedarf auch auf diesen zu sätzlichen Ferritkernen entsprechende Kompensationswick lungen aufgebracht sein, im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 also auch auf dem Ferritring 14 bzw. im Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 2 sowohl auf dem Ferritring 11 als auch auf dem Ferritring 14.The additional compensation winding 20 should not even be electrically connected to the connection point 21 of the compensation winding 19 , it could be directly galvanically connected to ground 10 with its lower end 28 and with its upper free end 29 via an additional high frequency choke provided for reasons of symmetry, which the Throttle 22 corresponds, and a capacitor are high-frequency to ground, also in this case, it fulfills its symmetry task high-frequency, without being flowed through by the direct current. In the illustrated Ausführungsbei play only the larger ferrite core 15 (or the ferrite core 12 ) with a corresponding compensation winding 19 or 26 (or 20 ) provided, however, two or more such ferrite rings are provided per balun half, as shown in the exemplary embodiment is shown, if necessary, corresponding compensation windings can also be applied to these additional ferrite cores, in the exemplary embodiment according to FIG. 1 also on the ferrite ring 14 or in the exemplary embodiment according to FIG. 2 both on the ferrite ring 11 and on the Ferrite ring 14 .
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